混凝土裏的鋼筋，會生鏽嗎？混凝土科普 - 3【實用工程師Practical】

鋼筋混凝土是我們現代社會的基礎。 混凝土內的鋼筋形成複合材料，混凝土提供抗壓應力的強度 ， 而鋼筋提供抵抗拉應力的強度。但是，儘管鋼筋解決了混凝土的最大侷限性之一 ， 它產生了一個全新的問題，預埋鋼筋的腐蝕是混凝土退化的最常見形式。那我們該怎麼辦呢 ？ 嘿 ， 我是格雷迪，這是實用工程，在今天的節目中，我們正在測試混凝土加固方面的一些創新。 儘管未受保護的鋼自然容易腐蝕或生鏽，但當它嵌入混凝土中時，某些因素會起到保護作用。 首先是通過相對不透水和耐用的材料簡單地與外部環境屏蔽的明顯保護。 水和污染物通常無法通過混凝土到達鋼材。 第二種保護形式是鹼性環境，正常混凝土的高 pH 值在鋼上形成一層薄的氧化層，可防止腐蝕。 但是在某些情況下，這種保護是不夠的，鋼筋腐蝕的主要來源之一是鹽。無論是通過暴露于海洋環境附近的鹽水中，還是將除冰鹽應用於 在冬季使道路更安全，這些氯離子可以通過 腐蝕鋼筋，當鋼腐蝕時，它會產生氧化鐵，在混凝土內部膨脹。這種膨脹產生應力，有時稱爲氧化物頂升 ， 是混凝土劣化的主要原因之一。那麼我們如何防止這些氯離子和其他污染物到達鋼材並引起腐蝕呢 ？ 第一道防線是覆蓋，覆蓋是混凝土外表面和鋼筋之間的最小距離。根據暴露和應用 ， 某些規範規定了不同數量的混凝土覆蓋層，通常在 25 到 75 毫米或一到三英寸之間。 封面是一個原因，良好的混凝土工作需要這麼多的努力之前，混凝土出現在工作現場。 安裝堅固的模板和大量的鋼絲將所有鋼筋綁在一起，有助於絕對確保在實際放置混凝土的時候，通過所有的推擠和走過以及一般的混亂 ， The rebar stays where it was designed to be embedded within the final product. Neglecting these steps can cause rebar to sink to the bottom of a slab or come too close to an outside surface before the concrete cures, eventually leading to premature corrosion of the reinforcement due to lack of cover. But even with adequate cover, 混凝土中的任何裂縫都可能使水和污染物與鋼筋直接接觸，並且得知混凝土中的裂縫並不罕見也就不足爲奇了，大多數混凝土在固化時會收縮，這可能導致裂縫。 溫度的變化也會引起膨脹和收縮，從而導致開裂。 由於鋼材在材料中承受應力的方式，混凝土在正常的預期載荷條件下也會開裂。解決此問題的一種方法是對鋼筋施加預應力 ， 我在之前的視頻中簡要討論了一個話題，我想在未來更深入地探討這個話題，但今天我想展示另一個減少這些裂縫的選擇。 纖維增強混凝土與您期望的完全一樣。無論如何，這不是一個新主意 ， 但是我們對混凝土混合物中不同種類纖維的理解和使用在繼續增長。 在混凝土中添加玻璃，鋼或合成纖維可以提供很多好處 ， 但其中最重要的是裂縫控制，我建造了三根幾乎相同的鋼筋混凝土梁來展示它是如何工作的，我讓它們治癒了大約一週。 第一個只有鋼筋作爲鋼筋，我正在使用液壓機測試每個梁的強度，看看它在失敗之前的表現。 我使用噸作爲這些樑上的力的測量，只是因爲這就是儀表所說的，但是單位是完全任意的，如果你更喜歡 SI，就假裝這些是公噸。當我增加樑上的負載時 ， 你看到的裂縫只有 3 噸左右，這些裂縫的形成是因爲鋼材在混凝土中承受拉伸應力時會稍微拉伸。 梁可以很好地承受載荷，甚至沒有接近破壞，但是混凝土不能與鋼一起拉伸，因此必須開裂。 你可以想象這些裂縫是如何讓水和空氣與鋼筋接觸並最終使混凝土變質的。這些裂縫是這個演示的重要部分 ， 但是我繼續增加負載，直到梁失效，因爲嘿，這就是液壓機的優點，對吧 ？ 對於接下來的兩個梁，我在混凝土混合物中加入了纖維。 一個梁具有混合的鋼纖維和其他玻璃纖維。鋼鋼筋和纖維組合以抵抗梁中的拉伸應力。 鋼筋提供了一個大尺寸的鋼筋，以抵抗整個結構構件上的張力，纖維提供了小尺寸的鋼筋，以抵抗導致開裂的局部張力。當我將這些梁加載到三噸重時 ， 你不能看到一個單一的裂縫，事實上，對於這兩個梁，我沒有看到任何裂縫的形成，直到幾乎兩倍，即使這樣的裂縫要小得多。 兩個梁在與第一個梁相同的載荷下失效，這是我預期的。就像我提到的，纖維並沒有真正增加梁的整體強度 ， 但是你可以很容易地看到，它們在防止鋼筋腐蝕方面有很大的幫助。你可能想知道，爲什麼我們甚至用鋼來加固 ？ 鋼相對便宜，經過良好測試，而且堅固 ， 但是很多其他材料都具有優異的機械性能，不會面臨腐蝕的問題。對於腐蝕環境 ， 我們有時使用環氧塗層鋼筋甚至不鏽鋼，但也有一些新興的替代品，如纖維增強聚合物或 FRP 棒。 這是由玄武岩製成的鋼筋，重熔的火山岩被迫通過微小的噴嘴，以產生非常堅固的纖維，像這樣的選擇通常比鋼筋成本更高，在某些情況下更高。 但是，使用這些更新，更具創新性的加固類型的主要障礙不僅僅是成本。 很容易看出，這些額外的成本可能會被混凝土壽命的延長所抵消。另一個抑制因素僅僅是由於缺乏廣泛的使用。 創新在土木工程中發生得很慢，因爲失敗的後果是如此之高。 獲得對設計的信心與工程理論有很大關係，因爲它只是看到過去類似設計的表現如何。 但是，許多工程災難不僅以糟糕的設計爲代價，而且實際上以糟糕的維護爲代價。因此，長期耐久性對公共安全與其他設計標準一樣重要。 我們肯定會在未來看到更多的創新方法來加固混凝土，包括我在這個視頻中提到的一些事情。謝謝你的觀看，讓我知道你的想法 ！